Resiliente Regelung von dynamischen Systemen in echtzeitfähigen Sensor-/ Aktornetzwerken

Moderne Kommunikationsstrukturen besitzen eine hohe Flexibilität und erlauben eine Dezentralisierung der Systemkomponenten. Sensoren und Aktoren können nahezu von jedem Ort innerhalb des technischen Systems Informationen austauschen. Diese räumliche Flexibilität schafft zum einen variable Arbeitsräume und zum anderen aber Herausforderungen für die Regelungstechnik, so dass die bekannten Verfahren und Algorithmen für den Einsatz in dezentralen und verteilten Sensor-/ Aktornetzwerken weiterentwickelt bzw. angepasst werden müssen.

Am Lehrstuhl Regelungstechnik wurden Lasertracker zur berührungslosen Verfolgung von dynamisch beweglichen Zielen (v > 1m/s) entwickelt. Durch die eingesetzten Sensoren ist es möglich die Position der Ziele im euklidischen Raum hochgenau zu bestimmen. Auf Basis dezentraler CPUs (Zykluszeiten 50µs) können die verteilten Lasertracker als autarke Messknoten eingesetzt und die globale Messaufgabe bzw. der globale Zustandsvektor auf die Sensor-/ Aktorknoten aufgeteilt werden. Diese Verteilung kann auf Basis bekannter Verfahren aus der Modellordnungsreduktion erfolgen. Durch diese Maßnahme müssen nicht immer alle Messdaten an einem zentralen Knoten gleichzeitig anliegen. Zusätzlich müssen die lokalen Knoten lediglich einen Unterraum des globalen Zustandsraums schätzen, so dass trotz großer Systemordnung rechenintensive Algorithmen bearbeitet und Echzeitanforderungen eingehalten werden können. Des Weiteren können Kommunikationsinhalte zwischen den Messknoten mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 20kHz ausgetauscht werden. Die Feldbus-basierte Kommunikation erlaubt ebenfalls eine dynamische Erweiterung von Sensoren und Aktoren, so dass das Netzwerk online adaptiert werden kann.

Der Forschungsschwerpunkt liegt in der Aufteilung globaler Modelle sowie der dezentralen Fusion. Zusätzlich sollen zur Reduzierung von Unsicherheiten Kalibrations- und Lokalisationsalgorithmen entwickelt werden. Etwaige Unsicherheiten, welche auf Kommunikationsschwankungen zurückgeführt werden können, sollen durch resiliente Algorithmen abgefangen werden, so dass auch bei kurzzeitigem Kommunikationsausfall die Messaufgabe erfüllt werden kann.

Meine grundsätzlichen Forschungsschwerpunkte sind...

• Verteilte Systeme
• Filterung und Identifikation sowie Schätzung verteilter Systeme
• Modellordnungsreduktion
• Resiliente Regelalgorithmen und Kalibration verteilter Messsysteme